广场景观照明中应用LED的新启示
摘要: 文章介绍了东营新区黄河广场上“晨曲”LED大型景观灯的创意创新。该工程以“春”、“夏”、“秋”、“冬”季节的色彩变化和模拟灯光控制技术的控制系统,表现灯光一年中“花开四季”的自然意趣,并结合广场的特点与环境要求,打破传统灯具设计的思维方式,使工程安装顺利完成。
摘 要:文章介绍了东营新区黄河广场上晨曲LED大型景观灯的创意创新。该工程以春、夏、秋、冬季节的色彩变化和模拟灯光控制技术的控制系统,表现灯光一年中花开四季的自然意趣,并结合广场的特点与环境要求,打破传统灯具设计的思维方式,使工程安装顺利完成。
关键词:创意创新;LED光源;广场;控制系统;传统照明;主体照明;
1、广场背景与景观个性
景观灯光表现力的手段,就是利用灯光艺术表现力来美化广场开敞的环境空间。我们受东营市建设管理局的委托,负责东营新区黄河广场上支柱型大型景观灯晨曲LED大型景观灯的设计和安装。
设计人员从广场的人文景观角度分析,确定了广场夜景照明的目的:首先,用灯光塑造广场形象,装饰美化广场夜景;其次,在功能上为人们的夜生活或夜间活动提供一个安全舒适、优美宜人的光照环境。黄河广场有着城市绿洲的美称,设计方案力求由亮化广场到美化广场,突出广场明视效应,增加广场的景观性、渲染性、趣味性,揭示夜晚空间景观光环境的特色和风格。
从确定大型景观灯的造型创意,到以烘托光色为布局主旨,同时融入对理念与文化的思考,我们认为,广场灯光的形象景观、功能使用、灯光个性这三点尤为重要。
(1)形象景观:以创造东营城市形象为主要目的;
(2)功能使用:离不开人的行为及其精神需求;
(3)灯光个性:通过夜晚开放的空旷环境,突出传统的中国园林的灯光个性。
给东营市民创造一个安逸的闹中取静的灯光环境,以吸引人们对景观艺术的视觉冲击为焦点,使人们在夜晚享受美丽的景观灯光的同时,提升东营新区黄河广场文化和城市窗口的形象。
2、创意与创新
没有创意就谈不上创新。大型景观灯的造型创意需要外部结构形式来表现,而创新更需要灯光的控制技术来补充。在大型景观灯的设计中,结构造型和光控技术的结合仍然是我们创作的基础。晨曲的景观设计,巧妙地运用了LED光源和环环相绕的另类照明技术,它庄重大方的倒品字灯景,显得简洁、协调、层次分明。从设计看,把握住广场开放的空间环境特征,满足了人们交往休闲和精神层面的需求,特别是LED灯光艺术的冲击力和景观造型的创新,融入了具有地域性特点的人文风格,真正体现出晨曲灯光与人互动的意境。
以晨曲为主题,趣味盎然的灯光小品充分体现了一年中花开四季的自然意趣。作为主体光源的LED可做到:彩色变换有重点、有起伏、有追逐、有点缀、有高潮;构图与构景上突出光影、光色对比协调;光色亮度的位置分布合理,形成直射、透射、漫射、反射等层次和方向以及强弱互动;控制技术的程序和变化速度,与广场环境十分融洽。光源色彩的变化分别表示:绿色是春,蓝色是夏,黄色是秋,白色是冬。创造出一种新鲜奇特的视觉感,耐人回味,让市民在夜晚多了一个休闲、赏灯、健身的人文、自然区域,延续了人居环境的和谐和美好。
3 LED灯光系统的特征
LED在大型景观灯照明中的应用是一项复杂的系统工程。随着超高能发光二极管LED光效的提高,近年来,LED逐步用于城市照明系统中。其特点是有更高的单位光束能、更低的流明折损率和更短的变色时间。
针对东营新区黄河广场上大型景观灯的建设目标,我们在设计时采用了照明型的LED光源,兼顾地面照明、空间照明、自身显景等因素,同时控制好LED主体照明、LED常亮照明、LED动感追逐以及LED渲染季节的变化功能的光色效果。在技术上采取新的方式,注重LED灯具的光学性能、驱动电流的稳定、电磁波干扰、LED光能稳定性和控制温度上升的技术参数,立争做到巧妙排列、藏灯显景,使造型灯光成为广场中最具有观赏价值的景观元素,与广场周边环境烘托呼应,对空间照明起着强化艺术效果的作用。
4、LED的灯光功率因数
对景观灯型的主体分析:圆弧型构成的拱式结构给人以柔中有刚的美感,而块面钢结构的主立杆却具有刚柔相济的稳定性和景观观赏性。灯型顶尖的白光色球的常亮照明与下段内置的LED光源投光灯,构成了上、下照射。灯杆中间突出的椭圆环红色LED灯光元素逐步上升变换,与顶部三大圆环的主体照明和渲染季节亮化功能的七彩同步渐变的彩色光浑然一体。五种灯体分类为:
①景观顶尖白光色球
功能:白光色,常亮照明。
功率:10W。
②景观顶部三大圆环的高分子圈(上)
功能:渲染季节,亮化功能的七彩同步渐变。
功率:大圈20W;中圈15W;小圈10W。
③景观顶部三大圆环的高分子圈(下)
功能:主体照明白光色,采用1W功率白色LED点光源,配上特制的聚光结构,点亮时将景观灯底部地面打出三圈白色光圈,通过控制系统产生渐亮渐暗。
功率:96只1W=96W。
④景观灯体的主杆中间红色高分子8个椭圆环
功能:具有红光动态变化及同步追逐、流水、上升、开启等变化。
功率:8只5W=40W。
⑤景观灯体下段白光色LED投光灯
功能:白光常亮,在不干扰视觉的前提下,将景观灯底部空间打亮,到下半夜时自动点亮作为照明主体光源。
功率:15W。
大型景观灯的总功率为206W,与传统照明方式相比,节约了大量的能量。
5 主体照明的光学分析
一个典型的LED范例,其中包括电学、热学以及光学的模拟计算。大功率LED光源决定了大功率LED灯具的最终光通。因此,选择高质量的适配光源是灯具的基础。LED颗粒的研发固然重要,但灯具的设计和研发同样不容忽视。
大型景观灯主体照明光学系统的结构包括三重设计:
(1)芯片外加光学系统得到适宜应用的一次光学设计,它由LED元件的生产商完成:
(2)将一次光学设计的单颗LED装入一个量身定做的透镜中,得到需要的定向光束,这就是所谓的两次光学设计,得到满足单颗光学需求的LED组件;
(3)将若干个两次设计完成的LED组件合并成一个有相当规模、满足照明要求配光曲线的景观灯具,这就是LED的三次光学设计。
6 LED灯光控制系统
模拟灯光控制技术的控制系统中,每盏大型景观灯配用低压直流24V的开关电源供电,采用单片微型计算机作主控,对灯光系统5个模块的照明、色彩、亮度、电压、电流等信号进行控制,在系统模拟状态下处理、传输,直接进行传送、重放,实施统一控制驱动,达到全彩变化的特殊艺术性的演示,使景观灯光效果的亮化控制一致,场景灯光色彩变换灵活。系统内置的高精度时钟芯片可满足对季节判断的准确性,模拟选择两种表达方式:①全彩式变化,可连续使灯光多彩变化;②季节单色化,在一个季节里只有一种颜色表示。
为了达到大型景观灯功能同步变换的目的,对220V交流进行采样作为同步信号,以实现广场上几十盏大型景观灯的统一控制、统一使用、统一变彩、统一同步。
在提高LED控制系统使用效果的同时,整个灯光控制系统可分成几大模块,便于将来集中控制系统的升级和维护,大大减少了各部分控制系统相互干扰,提高了整个集中控制系统的稳定性、可靠性、安全性。
7 景观结构相对于传统观点的根本变化
(1)设计灯具的新观点:传统灯具设计着眼于灯具本体的反射面的设计,将光输出分布到所希望的方向及角度。有人认为LED本身就具备窄角投光,灯具设计似乎不难,尤其适合作定向角度投光。事实上,在设计大型景观灯时,应充分考虑到选择LED光源的功率、表面亮度、光源周边的背景亮度、光源的光束宽度,光源点阵的数量、密度、方向、布局以及透光面板的透光性能。因此,用延续传统灯具的设计概念来替代开发LED灯具是不科学的。
(2)功率耗能的变化:传统景观灯存在着功耗大、灯光变色机构复杂、加工复杂、难度高、成本高的问题,相比之下,LED的变色系统效率高、灯光变换简单、功率耗能小(大型景观灯总功率206W)。由于LED光源的特点与传统灯具存在的差异,给照明设计提出了新的思路。
(3)照明方式:LED光源体积小,设计空间非常之大,多点LED发光器产生的光可以均散布到被照的物体表面。同时,空间的点照明、线照明、面照明以及局部照明特点,更适合于景观艺术照明藏灯显景的表现主流。
(4)内藏灯具:LED光源功率小,全部低压驱动,从景观灯型主体分析,各结构框架中的LED内藏灯具没有造成较大的热量堆积,解决了LED驱动电器散热的问题。
(5)绿色照明:LED光源没有红外线和紫外线,光源不含汞,不会造成环境污染。
(6)照明效果:采用LED便于通过控制系统来实现灯光色彩的变化及动感追逐的景观照明气氛的形成,增加灯光的可控性和灵活性。
(7)主体结构的安全性:整个结构针对地方环境特点而设计,不锈钢的框架主杆四面没有阻挡风力的障碍,适合于东海湾地区的环境特征,能抗风速32m/s,可抗10级台风,防海水腐蚀,显示出景观主体结构的安全性。
(8)维护使用:LED光源使用寿命长,可达数万小时,照明设施维修费用低,管理工作量很小。
8 结束语
LED大型景观灯晨曲向世人展示出它一年花开四季的自然意趣和新、奇、特的光色,在广场绿洲的环境空间里,用光点亮了生活。一个创意、创新的设计理念的诞生需要胆识,以打破传统照明观念的设计思维,而优秀的设想终究会得到人们的认可。
参考文献
1 章海骢.请关注LED应用中的一个新动向. 《2006年中国照明学会青年学术论坛半导体(LED)照明设计与应用》
2 蔡明诚.LED灯光让城市更美好、更加温馨. 《中国(天津)第二届现代城市光文化论坛论文集》
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